KR101243163B1 - 네프라이트를 포함하는 도포식 단열재 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 건물, 장치나 물건의 외면에 용이하게 도포할 수 있으면서, 단열성, 방음, 차수성 및 결로방지가 가능한 네프라이트를 포함하는 도포식 단열재 조성물에 관한 것으로, 건물, 장치, 또는 물건의 표면에 도포하였을 때, 특히 건물의 외벽이나 실내의 내벽 면에 단열층을 형성하여, 외부로부터의 열기의 침입을 차단하고, 내부의 난방의 열의 실외에의 전도를 효과적으로 차단할 수 있기 때문에, 여름철 냉방 비용 및 겨울철 난방 비용을 대폭 절약할 수 있고, 아울러 뛰어난 방음효과로 공장 등의 소음을 저감시킬 수 있다. 또한 본 발명의 도포식 단열재 조성물은 규격화된 패널이나 시트 형태가 아니 종래 여러 가지 도포 방법에 의해 원하는 표면의 형상이나 두께 굴곡부나 요철에 관계없이 용이하게 단열층을 형성할 수 있는 장점을 가진다.
Description
본 발명은 건물, 장치나 물건의 외면에 용이하게 도포할 수 있으면서, 단열성, 방음, 차수성 및 결로방지가 가능한 네프라이트를 포함하는 도포식 단열재 조성물에 관한 것이다.
단열재는 외부로의 열의 손실을 줄이는 목적으로 사용되고, 주로 건축자재의 일종으로 사용되고 있으며 단열의 효과 외에 차음, 완충 혹은 보강의 효과를 겸하는 경우도 있다.
이러한 단열재는 소재 자체의 열전도율이 작은 것이 바람직하나 대부분의 재료가 열전도율이 그다지 작지 않아 대부분의 경우에 열전도율을 작게 하기 위해서 다공질이 되도록 만들어 기공 속의 공기의 단열성을 이용하고 있다.
단열재의 소재는 유기질과 무기질로 크게 나눌 수 있고, 유기질로는 코르크, 면, 펠트, 탄화물, 고무류 등을 들 수 있고, 무기질로는 석면, 유리솜, 석열솜, 규조토, 탄산마그네슘 분물 등을 들 수 있는데, 건물의 내외 벽에는 스티로폼 등의 발포수지, 스펀지, 석면, 유리 섬유 등이 애용되고 최근에는 작은 나무 입자를 방수성수지에 강하게 압착한 판넬 등도 사용되고 있다.
상기 스티로폼(발포 폴리스티렌)은 가장 널리 사용되는 단열재의 일종으로 체적의 95%가 공기이고 나머지 2%정도가 수지인 자원 절약형 소재로서 부피에 비해 무게가 매우 가벼우면서 내수성, 단열성, 방음성, 완충성 등이 우수하기 때문에 널리 사용되고 있다. 그러나 상기스티로폼은 중량은 가볍지만 부피가 크기 때문에 취급과 이동이 불편하고 내구성이 매우 약해 시공 시에 취급 부주의로 인하여 손쉽게 파손될 뿐만 아니라 인화성 및 발화성이 매우 강하여 화재에 전혀 무방비한 상태로 놓이게 되는 치명적인 단점이 있다. 또한, 상기 스티로폼을 포함한 기존의 단열재는 온도 및 습도 차이에 의해 단열재의 내부에 결로가 발생하고, 이로 인해 곰팡이 등의 유해균이 번식하여 실내를 비위생적으로 만들 수 있으며 단열효과도 크게 만족스럽지 못하는 경우가 많다.
또한, 대부분의 단열재는 발포 등의 일정한 공정을 거쳐 완성된 것으로 자체의 부피가 있기 때문에 일부 소재의 경우 시공면적이 상당히 넓지만, 시공 대상물의 규격이 정형화되어 있지 않거나 소규모의 작업장에서는 소재의 낭비가 많아 비경제적이면서 작업성이 나쁜 점이 있다. 이와 같이 대부분의 단열재는 부피가 있는 소재이기 때문에 이러한 불편을 감수하고 작업하는 것이 일반적이었다.
그러나 최근에는 이러한 단점을 개선하는 것으로 시공 대상물에 그대로 바르는 도포형 단열재가 인기를 끌고 있으나, 이들은 아직 단열효과에 있어서도 아직까지는 기존의 유형의 단열재에 비하여 효과가 미미한 실정이다.
한편 네프라이트(nephrite, 연옥 또는 軟玉)은 일반식 Ca2(Mg,F2)5Si3O22(OH)2로 표시되며 모스 경도가 61/2이고 비중이 2.96이며 굴절률이 1.61~1.63이고 복굴절률이 0.027이며 진주질 또는 기름질의 광택을 갖는 단사정계 광물로서, 마그네슘을 다량 함유하고 인체에 가장 유익한 파장인 원적외선을 발산하여 인체의 혈액순환 및 신진대사를 촉진하여 주며, 산소를 풍부하게 활성화하고 맑은 피를 공급하여 주며, 혈액의 점도를 균형있게 회복하고 알칼리성화 하는 효능이 있다고 알려지고 있다.
이러한 네프라이트를 함유하는 도포제 조성물로는, 한국특허 제0173546호의 절전효과가 뛰어나고 수질개선능, 중금속 제거능이 뛰어난 절전도료가 개시되어 있고, 한국특허 제0620443호 및 제0526908호에는 원적외선 방사율이 높고 항균 및 탈취성이 뛰어난 연옥 함유 페인트에 대해 개시하고 있고, 한국특허 제0773418호에는 인체 유해성분인 휘발성유기화합물 및 포름알데히드의 방출량을 최소화한 페인트에 대해 개시하여, 네프라이트 자체가 가지는 원적외선 방사 및 탈취효과에 대해서만 언급하고 있을 뿐 네프라이트 첨가로 인한 단열성 및 방음 효과의 증대에 대해서는 어떠한 언급이나 암시조차 없었다.
본 발명의 목적은 건물, 장치나 물건의 외면에 용이하게 도포할 수 있으면서, 단열성, 방음, 차수성 및 결로방지가 가능한 네프라이트를 포함하는 도포식 단열재 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 도포식 단열재 조성물은, 수지 에멀젼 100 중량부에 대하여, 입자크기 60 ~ 120 ㎛인 유리중공비드 15 ~ 30 중량부, 입자크기 2 ~ 45 ㎛인 네프라이트 5 ~ 15 중량부 및 입자크기 2 ~ 45 ㎛인 이산화티탄 25 ~ 50 중량부를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 도포식 단열재 조성물에서, 상기 수지 에멀젼의 비중은 1 ~ 1.5 이고, 유리 중공비드의 비중은 0.1 ~ 0.2, 네프라이트의 비중은 2.9 ~ 3.3, 이산화티탄의 비중은 3.8 ~ 4.2인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 도포식 단열재 조성물에서, 상기 수지 에멀젼은 아크릴 에멀젼, 우레탄 에멀젼 및 에폭시 에멀젼 중에서 선택된 어느 하나의 에멀젼 또는 그 혼합물인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 도포식 단열재 조성물은, 상기 수지 에멀젼에 실리콘 수지를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 단열재 조성물을 건물, 장치, 또는 물건의 표면에 도포하였을 때, 특히 건물의 외벽이나 실내의 내벽 면에 단열층을 형성하여, 외부로부터의 열기의 침입을 차단하고, 내부의 난방의 열의 실외에의 전도를 효과적으로 차단할 수 있기 때문에, 여름철 냉방 비용 및 겨울철 난방 비용을 대폭 절약할 수 있고, 아울러 뛰어난 방음효과로 공장 등의 소음을 저감시킬 수 있다. 또한 본 발명의 도포식 단열재 조성물은 규격화된 패널이나 시트 형태가 아니 종래 여러 가지 도포 방법에 의해 원하는 표면의 형상이나 두께 굴곡부나 요철에 관계없이 용이하게 단열층을 형성할 수 있는 장점을 가진다.
본 발명의 도포식 단열재 조성물은, 수지 에멀젼 100 중량부에 대하여, 입자크기 60 ~ 120 ㎛인 유리중공비드 15 ~ 30 중량부, 입자크기 2 ~ 45 ㎛인 네프라이트 5 ~ 15 중량부 및 입자크기 2 ~ 45 ㎛인 이산화티탄 25 ~ 50 중량부를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 수지 에멀젼은 아크릴 에멀젼, 우레탄 에멀젼 및 에폭시 에멀젼 중에서 선택된 어느 하나의 에멀젼 또는 그 혼합물로서, 단열재 조성물에서 유리중공비드, 네프라이트, 이산화티탄을의 차수성 및 내구성 확보를 위해 필요하다. 또한 상기 수지 에멀젼에 신축성을 부여하기 위하여 실리콘 수지를 더 첨가할 수 있다. 실리콘아크릴 에멀젼으로서는 도료가 건조 되면서 도막을 형성 할때 공기중의 수분에 의해 가수분해를 통해 폴리머가교 경화가 일어나 화학적으로 안정된 실록산 결합을 형성 할수 있도록 기본 아크릴 폴리머 말단에 -Si(OR)의 관능기를 부여한 것이 바람직하다.
본 발명의 도포식 단열재 조성물에는 수지 에멀젼 100 중량부에 대하여, 입자크기 60 ~ 120 ㎛인 유리중공비드 15 ~ 30 중량부 포함한다. 유리중공비드의 유리는 적외선을 90% 정도 반사하고, 나머지 투과한 열에 대해서는 내부의 중공에서 흡수하기 때문에 외부의 열을 거의 완벽하게 차단할 수 있다.
입자 크기가 상기 하한치 미만인 경우에는 포함된 유리중공비드에 포함되는 공기층이 적어 충분한 단열성을 발휘할 수 없고, 태양광의 반사율이 저하된다. 상기 상한치를 초과하는 경우에는 입자크기가 너무 커서 조성물 내에 균일하게 분포시키기 어려워 도포로 형성된 단열층의 단열 효과의 편차가 발생할 수 있고, 내구성이 저하되며, 단열층의 표면 거칠기가 증대된다. 또한 유리중공비드의 함량이 상기 하한치 미만인 경우에는 충분한 단열 효과를 기대하기 어렵고, 상기 상한치를 초과하는 경우에는 수지 에멀젼이나 다른 원재료 함량에 제한을 받게 되며, 수지 에멀젼의 함량이 부족할 경우 첨가된 입자들이 균일하게 단열재 조성물 내에 분포되기 어렵다.
상기 유리중공비드의 비중은 0.1 ~ 0.2로서, 수지 에멀젼의 비중 1 ~ 1.5에 비해 매우 낮기 때문에, 단열재 조성물을 도포한 후 도포층이 경화되기 전 도포층의 표면에 가깝게 모일 수 있다.
본 발명의 도포식 단열재 조성물에는 수지 에멀젼 100 중량부에 대하여, 입자크기 2 ~ 45 ㎛인 네프라이트 5 ~ 15 중량부를 포함한다. 네프라이트는 화학적 성분이 SiO2, MgO, CaO, Fe2O3, Al203, Na2O, TiO2, K2O 및, 기타 미량 성분으로 구성되며, 일반적으로는 SiO2가 58 중량% 이하, MgO가 24 중량t% 이하, CaO가 14 중량% 이하이고 Fe2O3 및 Al203 등의 금속 성분이 5 중량% 이하이며, 바람직하게는 SiO2 55~58 중량%, MgO 21~25 중량%, CaO 11~14 중량%, Fe2O3 1~3 중량%, Al203 0.1~1.0 중량%, Na2O 0.03~0.10 중량%, TiO2 0.01~0.05 중량%, K2O 0.01~0.03 중량%, 잔부가 기타 미량 성분으로 구성된다. 입자 크기가 상기 하한치 미만인 경우 충분한 단열성을 발휘할 수 없고, 상기 상한치를 초과하는 경우에는 입자가 무거워 침강속도가 빨라 조성물 내에 균일하게 분포시키기 어려워 도포로 형성된 단열층의 단열 효과의 편차가 발생할 수 있다. 또한 네프라이트 함량이 상기 하한치 미만인 경우에는 충분한 단열 효과를 기대하기 어렵고, 상기 상한치를 초과하는 경우에는 수지 에멀젼이나 다른 원재료 함량에 제한을 받게 되며, 수지 에멀젼의 함량이 부족할 경우 첨가된 입자들이 균일하게 단열재 조성물 내에 분포되기 어렵다.
상기 네프라이트의 비중은 2.9 ~ 3.3으로서, 수지 에멀젼의 비중 1 ~ 1.5에 비해 높기 때문에, 단열재 조성물을 도포한 후 도포층이 경화되기 전 도포층의 표면의 유리중공비드층 아래에 층을 형성할 수 있다.
본 발명의 도포식 단열재 조성물에는 수지 에멀젼 100 중량부에 대하여, 입자크기 2 ~ 45 ㎛인 이산화티탄 25 ~ 50 중량부를 포함한다. 이산화티탄은 광산란제로서 우수한 순백색을 나타내는 안료로서 사용된다. 입자 크기가 상기 하한치 미만인 경우 충분한 단열성을 발휘할 수 없고, 상기 상한치를 초과하는 경우에는 입자가 무거워 침강속도가 빨라 조성물 내에 균일하게 분포시키기 어려워 도포로 형성된 단열층의 단열 효과의 편차가 발생할 수 있다. 또한 이산화티탄 함량이 상기 하한치 미만인 경우에는 충분한 단열 효과를 기대하기 어렵고, 상기 상한치를 초과하는 경우에는 더 이상 복사효율의 증대를 가져오기 어렵고, 수지 에멀젼이나 다른 원재료 함량에 제한을 받게 되며, 수지 에멀젼의 함량이 부족할 경우 첨가된 입자들이 균일하게 단열재 조성물 내에 분포되기 어렵다.
상기 이산화티탄의 비중은 3.8 ~ 4.2로서, 수지 에멀젼의 비중 1 ~ 1.5에 비해 높기 때문에, 단열재 조성물을 도포한 후 도포층이 경화되기 전 도포층의 네프라이트층 아래에 이산화티탄층을 형성할 수 있다.
본 발명의 도포식 단열재 조성물에는 수지 에멀젼에서 유리중공비드의 상승 및 네프라이트, 이산화티탄의 침강을 지연시키기 위해 증점제를 더 포함할 수 있다. 증점제는 수지 에멀젼 100 중량부에 대하여 0.5 ~ 3 중량부 사용될 수 있고, 상기 함량을 초과하면 점도가 높아 도포가 어려워지고, 도포 후 단열층에서 비중에 따른 유리중공비드, 네프라이트 및 이산화티탄의 순차적인 층상 배열이 어려워질 수 있다.
또한 본 발명의 도포식 단열재 조성물이 도포된 도포층의 물성을 균일하게 할 수 있도록 분산제를 포함할 수 있다. 분산제는 수지 에멀젼 100 중량부에 대하여 2 ~ 5 중량부 사용될 수 있고, 상기 상한치를 초과하는 경우에는 도포 후 단열층에서 비중에 따른 유리중공비드, 네프라이트 및 이산화티탄의 순차적인 층상 배열이 어려워질 수 있다.
본 발명의 도포식 단열재 조성물은 스프레이식, 브러시 및 롤러를 이용한 도포 어느 것이나 이용가능하고, 다만 조성물 제조 후 입자상 물질의 침강이나 상승이 발생할 수 있으므로, 도포 전 균일하게 교반하여야 한다.
이하 실시예, 비교예 및 제조예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 예시적인 것일 뿐 이에 의해 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
실리콘아크릴 수지 에멀젼에멀젼(단량체 조성; 메틸메타크릴레이트/n-부틸아크릴레이트/메타크릴산/카오사 라테멀 180-A 반응성 유화제/감마-메타크릴록시프로필트리메톡시실란=40/53.5/3/1.5/2 중량비, 고형분 50.0%) 100 중량부에, 평균입자크기 80 ㎛인 유리중공비드 20 중량부, 평균입자크기 30 ㎛인 네프라이트 8 중량부 및 입자크기 25 ㎛인 이산화티탄 35 중량부, 분산제(트립톤 X-100) 3 중량부, 증점제(니트라졸 250HBR) 1.5 중량부를 혼합하고, 물을 15 중량부 더 첨가하여 충분히 교반하여 백색의 액상 도포식 단열재 조성물을 얻었다. 조성물의 비중은 0.85 이었다.
실시예 2
실리콘아크릴 수지 에멀젼 100 중량부에, 평균입자크기 80 ㎛인 유리중공비드 20 중량부, 평균입자크기 30 ㎛인 네프라이트 12 중량부 및 입자크기 25 ㎛인 이산화티탄 35 중량부, 분산제(트립톤 X-100) 3 중량부, 증점제(니트라졸 250HBR) 1.5 중량부를 혼합하고, 물을 15 중량부 더 첨가하여 충분히 교반하여 백색의 액상 도포식 단열재 조성물을 얻었다. 조성물의 비중은 0.87 이었다.
비교예 1
실리콘아크릴 수지 에멀젼 100 중량부에, 평균입자크기 80 ㎛인 유리중공비드 20 중량부 및 입자크기 25 ㎛인 이산화티탄 35 중량부, 분산제(트립톤 X-100) 3 중량부, 증점제(니트라졸 250HBR) 1.5 중량부를 혼합하고, 물을 15 중량부 더 첨가하여 충분히 교반하여 백색의 액상 도포식 단열재 조성물을 얻었다. 조성물의 비중은 0.82 이었다.
비교예 2
실리콘아크릴 수지 에멀젼 100 중량부에, 평균입자크기 80 ㎛인 유리중공비드 20 중량부, 평균입자크기 30 ㎛인 네프라이트 3 중량부 및 입자크기 25 ㎛인 이산화티탄 35 중량부, 분산제(트립톤 X-100) 3 중량부, 증점제(니트라졸 250HBR) 1.5 중량부를 혼합하고, 물을 15 중량부 더 첨가하여 충분히 교반하여 백색의 액상 도포식 단열재 조성물을 얻었다. 조성물의 비중은 0.84 이었다.
비교예 3
실리콘아크릴 수지 에멀젼 100 중량부에, 평균입자크기 80 ㎛인 유리중공비드 20 중량부, 평균입자크기 30 ㎛인 네프라이트 18 중량부 및 입자크기 25 ㎛인 이산화티탄 35 중량부, 분산제(트립톤 X-100) 3 중량부, 증점제(니트라졸 250HBR) 1.5 중량부를 혼합하고, 물을 15 중량부 더 첨가하여 충분히 교반하여 백색의 액상 도포식 단열재 조성물을 얻었다. 조성물의 비중은 0.90 이었다.
비교예 4
실리콘아크릴 수지 에멀젼 100 중량부에, 평균입자크기 20 ㎛인 유리중공비드 20 중량부, 평균입자크기 30 ㎛인 네프라이트 8 중량부 및 입자크기 25 ㎛인 이산화티탄 35 중량부, 분산제(트립톤 X-100) 3 중량부, 증점제(니트라졸 250HBR) 1.5 중량부를 혼합하고, 물을 15 중량부 더 첨가하여 충분히 교반하여 백색의 액상 도포식 단열재 조성물을 얻었다. 조성물의 비중은 0.87 이었다.
실험예 1: 복사효과 비교
실시예 및 비교예의 액상 도포식 단열재 조성물을 0.25 mm 철판에 0.8 mm의 두께로 롤러를 이용해 도포한 후 건조하였다.
100W 실내용 레후램프를 상기 단열재 조성물이 도포된 철판의 하부(단열재 조성물 도포면의 반대면)에 설치하고, 상기 철판의 도포면과 10 cm 떨어진 곳에 알루미늄판을 설치하여 시간에 따른 알루미늄판의 온도변화를 측정하였고, 레후램프를 작동시키고 60 분 후의 알루미늄판의 온도를 표 1에 나타내었다.
구분 | 실시예1 | 실시예2 | 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 | 비교예4 |
알루미늄판의 온도(℃) | 44.6 | 44.4 | 41.2 | 41.3 | 37.9 | 42.5 |
네프라이트가 수지 에멀젼 100 중량부에 3 중량부 이하로 첨가된 비교예 1 및 2에 비해 네프라이트를 8 및 12 중량부 첨가한 단열재 조성물인 실시예 1 및 2에서 뛰어난 복사 효과를 나타냄을 확인하였다. 그러나 네프라이트를 18 중량부 첨가한 비교예 3에서는 오히려 네프라이트를 첨가하지 않은 비교예 1에 비해 낮은 복사효과를 나타내었다. 또한 실시예1과 조성비는 동일하되 입자크기가 30 ㎛인 유리중공비드를 사용한 경우 실시예1 및 2에 비해 복사 효과가 현저히 저하됨을 확인하였다.
실험예 2: 단열효과 비교
0.25 mm철판으로 가로, 세로, 높이 300 x 300 x 300 mm 규격으로 제작한 박스 표면을 실시예 및 비교예의 액상 도포식 단열재 조성물을 에 0.8 mm의 두께로 롤러를 이용해 도포한 후 건조하였다.
상기 철제 박스 내부와 외부에 온도계를 설치하고, 철판 외부 온도가 45 ℃였을 때의 내부 온도를 측정하여 내외부 온도차를 표 2에 나타내었다.
구분 | 실시예1 | 실시예2 | 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 | 비교예4 |
45℃에서 온도차(℃) |
11.5 | 11.2 | 7.3 | 6.8 | 6.6 | 7.1 |
철제 박스의 외부 온도가 45 ℃이었을 때 실시예 1 및 2의 내부 온도는 33.5 ℃ 및 33.7 ℃로서, 비교예에 비해 철제 박스 내부의 온도 상승이 현저히 낮음을 확인할 수 있었다.
Claims (4)
- 수지 에멀젼 100 중량부에 대하여, 입자크기 60 ~ 120 ㎛인 유리중공비드 15 ~ 30 중량부, 입자크기 2 ~ 45 ㎛인 네프라이트 5 ~ 15 중량부 및 입자크기 2 ~ 45 ㎛인 이산화티탄 25 ~ 50 중량부를 포함하고,
상기 수지 에멀젼의 비중은 1 ~ 1.5 이고, 상기 유리 중공비드의 비중은 0.1 ~ 0.2이며, 상기 네프라이트의 비중은 2.9 ~ 3.3이고, 상기 이산화티탄의 비중은 3.8 ~ 4.2인 것을 특징으로 하는 도포식 단열재 조성물.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 수지 에멀젼은 아크릴 에멀젼, 우레탄 에멀젼 또는 에폭시 에멀젼 중에서 선택된 어느 하나의 에멀젼 또는 그 혼합물인 것을 특징으로 하는 도포식 단열재 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 상기 수지 에멀젼에 실리콘 수지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도포식 단열재 조성물.
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